JP4020334B2 - ビデオ信号処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル信号処理の分野に関し、特に、同一チャンネル干渉を阻止するフィルタを含んでいるテレビジョン信号受信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオ信号処理の分野における最近の進歩により、ディジタル式の高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）信号処理・伝送システムが作られている。米国においてＧｒａｎｄ Ａｌｌｉａｎｃｅ方式として最近提案されたＨＤＴＶ地上放送システムは、パケット化されたデータ・ストリームを伝送するためにディジタル式の伝送形式を使用する。Ｇｒａｎｄ Ａｌｌｉａｎｃｅ ＨＤＴＶシステムは、米国において連邦通信委員会がそのアドバンス・テレビジョン・サービス（ＡＣＡＴＳ）に関する諮問委員会を通じて検討中している提案された伝送規準である。１９９４年２月２２日にＡＣＡＴＳテクニカル・サブグループに提出されたＧｒａｎｄ Ａｌｌｉａｎｃｅ ＨＤＴＶシステム（草案）についての記述は、米国放送事業者連盟の１９９４年議事録、第４８回年次放送エンジニアリング会議議事録、１９９４年３月２０〜２４日、に見い出される。
【０００３】
提案されたＧｒａｎｄ Ａｌｌｉａｎｃｅ ＨＤＴＶシステムは同時放送システムである。このようなシステムでは、同一の番組素材を２つの形にして、別々の標準的な６ＭＨｚのチャンネルによって同時に放送される。この２つの番組の形のうちの１つは、１つのチャンネルで放送される標準精細度のＮＴＳＣ情報を含んでおり、もう１つの形はもう１つの６ＭＨｚチャンネルで放送される高精細度情報を含んでいる。実際、同時放送システムは、２つの隣接する６ＭＨｚのＮＴＳＣチャンネル、例えばＶＨＦの第３チャンネルと第４チャンネル、を使用して、標準精細度と高精細度の情報をそれぞれ伝送する。同時放送システムの高精細度形は、データ圧縮技術を使用して、標準的な６ＭＨｚのチャンネルで実施することができる。この標準的ＮＴＳＣ情報とＨＤＴＶ情報はそれぞれ、標準的ＮＴＳＣ受像機とＨＤＴＶ受像機で独自に受信される。標準的ＮＴＳＣ受像機が最終的に、ＨＤＴＶ受像機または二重標準受像機に取って代わられると、標準的ＮＴＳＣ信号により使用されたチャンネルは他の目的に利用できるようになる。従って同時放送のコンセプトは、ＨＤＴＶ放送が導入されるとすぐに、以前から在る莫大な数の標準的ＮＴＳＣ受像機がすたれるのを防ぎ、そして将来、標準的ＮＴＳＣ信号により占有されていたチャンネルが利用できるようになった時に放送サービスの拡張が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
同一チャンネル干渉は高精細度テレビジョン受像機の動作をひどく低下させまたは混乱させるので、同一チャンネル干渉を阻止することは同時放送システムにおける１つの要素である。同一チャンネル干渉は、２つの異なるテレビジョン信号が同一の放送チャンネルで伝送されそして同時に受信される時に起こる。干渉する信号成分は典型的には、ビデオ搬送波（周波数帯の下限から１．２５ＭＨｚの位置にある）、色副搬送波（ビデオ搬送波よりも３．５８ＭＨｚ高い位置にある）、および音声搬送波（ビデオ搬送波よりも４．５ＭＨｚ高い位置にある）である。同一チャンネル干渉の起こる可能性は種々の要因、例えば２つのチャンネル間の放送距離およびそのチャンネルの送信電力、によって決まる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の原理に従って、例えば直交振幅変調（ＱＡＭ）形式または残留側波帯（ＶＳＢ）形式のテレビジョン・ビデオ信号を受信し処理するディジタル信号処理システムは、干渉信号（例えば、連続波のＮＴＳＣ同一チャンネル干渉信号）を、搬送波再生ループ内のＦＩＲフィルタを使用して阻止する回路を含んでいる。図示された実施例では、同一チャンネル干渉の阻止を実行するＦＩＲディジタルフィルタは等化器のあとに続き、そしてベースバンドに近い信号をベースバンドに持って来る搬送波再生ループ内に在る。このフィルタは、等化器と搬送波再生回路の性能を高める。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、高精細度ディジタル・テレビジョン信号受像機の一部分のブロック図である。本例では、パルス振幅変調（ＰＡＭ）信号の一種であるＱＡＭ信号が受信され処理される。知られているように、ＱＡＭ符号伝送方式では、伝送されたデータ符号は、周波数が一定で位相が直交するそれぞれの搬送波を変調する直交成分で表される。各符号は、４象限の格子状座標内の定められた座標にマップされる（割り当てられる）。例えば３２ＱＡＭ方式では、座標の各象限は、直交するＩ軸とＱ軸を基準にして定められた座標に８個の符号を含んでいる。
【０００７】
高精細度ＱＡＭテレビジョン放送信号はアンテナ１０で受信され、入力処理回路１２に供給される。入力処理回路１２は、チューナ、受信した信号をベースバンドより上の低い周波数帯に変換する中間周波（ＩＦ）段、自動利得制御回路、およびアナログ／ディジタル変換器を含んでいる。また、入力処理回路１２は、帯域フィルタで濾波された入力信号をナイキスト・レートでサンプリングする回路、濾波された入力信号を直交Ｉ・Ｑ成分に位相分割する回路、予備的復調を行う回路、および符号レートの２倍のサンプリングを行う回路、をフィードフォワード等化器１４の前に含んでいる。予備的復調は入力信号をベースバンドに接近させるので、受信機は高周波の入力信号で動作しなくてもよい。また入力処理回路１２には、受信されたＱＡＭ信号から符号レートのクロックを発生するためのタイミング／クロック再生回路（図面を簡略化するために図示されていない）も含まれている。受信された信号から符号レートのクロックを再生するタイミング／クロック再生回路はよく知られており、例えば参考文献“ディジタル通信”ＬｅｅおよびＭｅｓｓｅｒｓｃｈｍｉｔｔ（Ｋｌｕｗｅｒアカデミックプレス、米国 Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ州 Ｂｏｓｔｏｎ、１９８８）に記述されている。
【０００８】
入力処理回路１２からの通過帯域Ｉ・ＱディジタルＱＡＭ信号は、帯域通過フィードフォワード適応形等化器１４（例えば、ｆｒａｃｔｉｏｎａｌｌｙ ｓｐａｃｅｄ ｅｑｕａｌｉｚｅｒ：小間隔等化器）で処理され、等化器１４は信号を、更に処理する前に、調整する。特に、等化器１４は適応形ディジタルＦＩＲフィルタを含み、伝送チャンネルの混乱、例えば周波数／位相の不規則、を補償する。ブラインド等化器（ｂｌｉｎｄ ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）を使用しまたはトレーニング信号技術（ｔｒａｉｎｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用して等化器１４が初期化される初期化期間の後に、制御信号（あとで述べる）に応答して発生されダイナミックに更新されるフィルタ係数に等化器１４が反応する。
【０００９】
等化器１４からの等化された帯域通過信号は性質が複雑で、実数成分と虚数成分を有し、ベースバンドまたはベースバンドの付近にある。この信号は符号レートでサンプリングされてから、回転器１６により処理される。回転器１６は、搬送波再生回路におけるその機能のゆえに反回転器（ｄｅ−ｒｏｔａｔｏｒ）と呼ばれることもあり、ベースバンドに近い信号の周波数をベースバンド信号の周波数にする。回転器１６は、例えば、知られているような複合乗算器であり、受信されたＱＡＭ座標のわずかな回転により明示されるダイナミックな位相誤差を補償する。この誤差は、種々の要因、例えば局部発振周波数の変動により生じる。座標の位相誤差／回転は、搬送波再生回路により著しく減少されまたは阻止される。搬送波再生回路の働きはベースバンド復調器に似ている。本例では搬送波再生回路は、回転器１６、加算器２０、スライサ２４、誤差検出器２６、および位相検出・電圧制御発振器（ＶＣＯ）回路２８から成る制御ループを含んでおり、誤差検出器２６は以下に述べるように誤差信号Ｅを発生する。装置１６，２４，２６および２８は、ダイナミックに変動する搬送波のずれを無くすディジタル式位相ロックループ（ＰＬＬ）の重要な要素を成している。この搬送波再生回路はまた、以下に述べる同一チャンネル干渉阻止フィルタ１８も含んでいる。
【００１０】
受信されたＱＡＭ信号は、図２に示すように、ＮＴＳＣ同一チャンネル干渉情報で汚染されている。図２は、ビデオ搬送波と色搬送波の周波数における狭帯域同一チャンネルＮＴＳＣ干渉成分に対する、ＱＡＭ信号の振幅・周波数スペクトルを示す。同一チャンネル干渉成分を阻止するために、本発明の原理に従う同一チャンネル・ノッチフィルタ１８が、上述した制御ループ内の回転器１６の後に含まれている。フィルタ１８は回転器１６からのベースバンド（およびベースバンドに近い）信号を処理し、図３に示すような振幅・周波数応答を有し、ビデオ搬送波と色副搬送波のベースバンド周波数において鋭い減衰（ｎｏｔｃｈ：切れ込み）を有する。フィルタ１８の実時間領域および虚時間領域の応答は図４および図５にそれぞれ示されており、Ｔは符号の期間（ｓｙｍｂｏｌ ｉｎｔｅｒｖａｌ）を示す。
【００１１】
フィルタ１８は、線形位相因果関係（ｌｉｎｉｅａｒ ｐｈａｓｅ ｃａｕｓａｌ）帯域通過ディジタルＦＩＲフィルタであり、スループット遅延がほぼゼロである。フィルタ１８のＺ変換領域の出力応答Ｎ（ｚ）は
Ｎ（ｚ）＝１＋Ｚ^−１Ｃ（ｚ） で表される。
上の式のＣ（ｚ）項はフィルタ１８の後部応答を表す。フィルタ１８の係数は重み付けされて、ベースバンドのビデオ搬送波と色搬送波の周波数において上述の減衰切れ込みを生じる。
【００１２】
図２および図３に関して述べると、ベースバンドの高域端の音声搬送周波数における干渉阻止の切れ込みはフィルタ１８の応答に含まれていないことが見られる。なぜならば、本例では、音声搬送波が超過帯域幅の領域内のナイキスト斜面（すなわち、高周波端におけるフィルタの斜面）に在るようにシステムのパラメータが選ばれているからである。音声搬送波に対する零位（ｎｕｌｌ）も等化器１４により作り出すことができる。
【００１３】
フィルタ１８は、搬送波再生回路内の回転器１６の後に有利に配置されているのが認められる。これに関して発明者たちは、もしフィルタ１８がフィードフォワード等化器１４の前に置かれそして搬送周波数のずれが存在するならば、フィルタの減衰切れ込みは、減衰されるべきビデオ搬送波と色搬送波の周波数と正しく一致しないだろうと述べている。もしノッチフィルタ１８が回転器１６の前にあれば、搬送波周波数のずれの可能性を考慮して、もっと幅の広い切れ込みを使用すべきである。図１に示すように、フィルタ１８を回転器１６のあとに配置すると、有利なことに、減衰される同一チャンネルの周波数において鋭い減衰特性を有する幅の狭い切れ込みを使用することができ、能率的な濾波が行われる。その上、フィルタ１８のゼロ遅延特性は、搬送波再生ループの引き込み（ｐｕｌｌ−ｉｎ）および追従特性を弱めることはない。
【００１４】
図に示す実施例のような同一チャンネルのＮＴＳＣビデオ搬送波および色副搬送波の周波数だけでなく、あらゆる連続波干渉信号を阻止するために、フィルタ１８に相当するノッチフィルタを使用することもできる。フィルタ１８はゼロ遅延を呈するのが望ましいが、与えられたシステムの動作パラメータに応じて、わずかな量の遅延は許容される。
【００１５】
フィルタ１８からの濾波された出力信号は、減法合成器２０の加法入力に加えられ、合成器２０の減法（−）入力は、判定帰還等化器（ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）２２からの出力信号を受け取る。合成器２０からの出力信号はスライサ２４で処理される。スライサ２４は、マッピング機構を含んでおり、受信された信号のサンプルに最も距離が近い座標符号を選択するようにプログラムされる。複素（Ｉ，Ｑ）ＱＡＭ座標はいくつかの判定領域に分割される。各判定領域は或る符号に最も近い点の集合である。もし、判定領域を調べて、受け取られた符号が、予期された座標から距離がずれていることがわかれば、スライサ２４はその予期された座標において出力符号を発生する。このスラサの出力符号は、距離のずれの量だけ、スライサの入力符号と異なる。このようなずれの量は誤り検出器２６で検出され、検出器２６は、ずれの量に応じて出力誤差信号“Ｅ”を発生する。この誤差信号を使用して、等化器１４（乗算器３０を介して）および等化器２２のタップ係数を調節し、例えばすでに知られている最小平均平方（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｄ）アルゴリズムを使用して、誤差値をゼロにする。
【００１６】
スライサ２４の入力と出力における信号Ｓ_ｉとＳ_ｏはそれぞれ、位相制御装置２８に供給される。位相制御装置２８は、位相検出器と、正弦／余弦直交補正係数の出力を発生する電圧制御発振器（ＶＣＯ）とを含んでいる。各正弦／余弦補正係数と、誤差信号Ｅの値により決まる誤差補正位相角とが関連している。位相制御装置２８からの出力である補正係数、および等化器１４からのＱＡＭ Ｉ，Ｑ座標成分は回転器１６の各入力に供給され、（反）回転機能を遂行し、回転器１６からベースバンド出力信号を発生する。直交信号に複合乗算を行うことにより、任意の直交信号の集合は望まれる角度の位置に回転させられることが分る。
【００１７】
判定帰還等化器（ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）２２はスライサ２４の出力信号を処理し、その係数値は誤差信号Ｅの値に応じて制御される。誤差信号Ｅはまた、複合乗算器３０の１つの入力に供給され、もう１つの入力は位相制御装置２８から正弦／余弦出力信号を受け取る。これらの信号は、回路２９で共役複素数の形に変換されてから、乗算器３０に加えられる。乗算器３０からの出力である通過帯域誤差補正信号は等化器１４の制御入力に加えられ、等化器１４の係数値を制御して、等化作業を容易にする。
【００１８】
フィルタ１８は、適正な係数制御信号が乗算器３０から等化器１４に加えられるようにして、等化器１４の性能を有利に高める。フィルタ１８は、ベースバンド信号が再生される搬送波再生ループ内にあるので、フィルタ１８の同一チャンネル干渉阻止の切れ込みは、阻止されるべきベースバンド信号の周波数と正確に一致する。従って、誤差信号Ｅおよび係数制御信号はベースバンド信号の特性を正確に表している。このような結果は、もしフィルタ１８が等化器１４の前に置かれていたならば、得られないであろう。
【００１９】
また、このフィルタ１８の配置は、スライサ２４の入力において正確な信号（すなわち、同一チャンネルの周波数が適正に阻止された信号）を供給することにより、搬送波再生作業を有利に高める。スライサ２４は誤差検出器２６と協働して、位相誤差信号Ｅを発生し、この信号は、上述のように、等化器１４および２２の係数を制御するのに使用される。
【００２０】
要素１６，２０，２４，２６および２８の組み合わせは、搬送波再生ループを形成し、復調されたベースバンド信号を回転器１６の出力に供給する。本発明の原理に従うフィルタ１８を除き、これらの要素は、前に述べたＬｅｅおよびＭｅｓｓｅｒｓｃｈｍｉｔｔの文献に記載された、搬送波再生ループを形成する。この文献はまた、帰還等化器２２の動作、およびフィードフォワード等化器１４と乗算器３０の共同動作についても述べている。フィードフォワード等化器１４はフィルタであり、符号間干渉（Ｉｎｔｅｒ Ｓｙｍｂｏｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：ＩＳＩ）もある程度除去する。次に帰還等化器２２は、フィルタ１８で発生されるＩＳＩを含む、残りのＩＳＩを除去する。
【００２１】
判定帰還等化器２２は、関数Ｃ（ｚ）と共に係数が予め入れられ、等化器２２の総合的レスポンスは、次の関数に関連している
１／｛１＋Ｚ^−１Ｃ（ｚ）｝
このレスポンスは、ノイズの無い極を効果的に作り出し、これは、前に述べたフィルタ１８のレスポンスＮ（ｚ）により生じた切り込みを打ち消す。等化器２２への入力はスライサ２４からのノイズの無い決定（ｎｏｉｓｅｌｅｓｓ ｄｅｃｉｓｉｏｎ）の結果なので極にはノイズが無い。
【００２２】
スライサ２４からのベースバンド出力信号は、ＴｒｅｌｌｉｓあるいはＶｉｔｅｒｂｉデコーダ４２で復号化され、デ・インタリーブ回路４４でデ・インタリーブ（ｄｅ−ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ）され、リード・ソロモン・デコーダ４６でリード・ソロモン（Ｒｅｅｄ−Ｓｏｌｏｍｏｎ）誤差復号化され、トランスポート処理回路４８に加えられる。処理回路４８は、デコーダ４６からの復号化された信号を、その信号の内容（例えば、音声情報かビデオ情報か）に依り、音声／ビデオ・デコーダ５０内の適当なデコーダに移送する。トランスポート処理回路４８は、補正されたデータ・パケットをデコーダ４６から受け取り、各パケットのヘッダを検査して、そのルートを確かめる。デコーダ５０からの音声およびビデオ出力信号はそれぞれ、音声処理回路５４とＮＴＳＣテレビジョンビデオ処理回路５２に供給され、これらの信号はビデオ／音声再生回路６０で再生するのに適した形にされる。
【００２３】
図１のシステムは、ＱＡＭ入力信号に関連して説明されたが、他のタイプのパルス振幅変調（ＰＡＭ）入力信号（ＱＰＳＫ信号を含む）も、残留側波帯（ＶＳＢ）入力信号と同様に、使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理に従う同一チャンネル・ノッチフィルタ回路を含む、高精細度テレビジョン受像システムの一部分のブロック図である。
【図２】ベースバンドのＱＡＭおよびＮＴＳＣ同一チャンネル信号の振幅・周波数応答を示す。
【図３】図１のシステムにおけるノッチフィルタ回路の振幅・周波数応答を示す。
【図４】図１のフィルタ回路の実時間領域および虚時間領域の応答を示す。
【図５】図１のフィルタ回路の実時間領域および虚時間領域の応答を示す。
【符号の説明】
１０ アンテナ
１２ 入力処理回路
１４ フィードフォワード等化器
１６ 回転器
１８ 同一チャンネル・ノッチフィルタ
２０ 加算器
２２ 判定帰還等化器
２４ スライサ
２６ 誤差検出器
２８ 位相検出／電圧制御発振回路
３０ 乗算器
４２ デコーダ
４４ デ・インタリーブ回路
４６ リード・ソロモン・デコーダ
４８ トランスポート処理回路
５０ 音声・ビデオ・デコーダ
５２ ＮＴＳＣビデオ処理回路
５４ 音声処理回路
６０ ビデオ／音声再生回路

Claims (14)

1. ディジタル・ビデオ情報を表すテレビジョン信号を受信するシステムにおけるディジタル・ビデオ信号処理装置であって、
   入力処理回路と、
   前記入力処理回路からの信号に応答する入力等化器と、
   前記等化器からの出力信号に応答して、復調されたベースバンドのビデオ信号を発生する搬送波再生回路と、
   前記ベースバンドのビデオ信号を処理する出力信号処理回路と、
   前記搬送波再生回路の中に含まれ、ベースバンドのビデオ信号およびベースバンドに近いビデオ信号を濾波し、規定された周波数において著しい振幅の減衰を含む応答を呈し、前記受信された信号を汚染しやすい干渉信号成分を減衰させるフィルタとを含んでいる、前記ビデオ信号処理装置。
2. 前記フィルタで濾波した後に復調信号に応答する第２の等化器を更に含んでいる、請求項１に記載のビデオ信号処理装置。
3. 前記フィルタが、ビデオ搬送波および色搬送波の周波数において同一チャンネル干渉信号を減衰させるＦＩＲディジタル・ノッチフィルタであリ、
   前記入力処理回路が周波数変換器を含んでいる、請求項１に記載のビデオ信号処理装置。
4. 前記ノッチフィルタが、同一チャンネル音声搬送周波数を含む、帯域の上縁を超過する周波数領域を呈する、請求項３に記載のビデオ信号処理装置。
5. 前記フィルタがほぼ零のスループット遅延を呈するディジタルのＦＩＲフィルタである、請求項１に記載のビデオ信号処理装置。
6. 前記搬送波再生回路が前記フィルタを含む帰還制御ループからなる、請求項１に記載のビデオ信号処理装置。
7. 前記搬送波再生回路が、前記フィルタからの信号を受け取る入力、および出力を有するスライサを含み、
   前記等化器が、前記スライサからの出力信号を受け取る入力と、前記スライサの前に置かれる前記搬送波再生回路中の或る箇所に結合される出力とを有する、請求項１に記載のビデオ信号処理装置。
8. 前記搬送波再生回路が、
   前記等化器からの出力信号に応答する回転器と、
   前記回転器からの出力信号に応答するスライサと、
   前記スライサに結合され、位相誤差を表す出力誤差信号を発生する誤り検出器と、
   前記スライサの入力および出力信号に応答する位相制御回路とを含んでおり、
   前記フィルタが前記回転器と前記スライサとの間に結合され、前記回転器からの出力信号を濾波する、請求項５に記載のビデオ信号処理装置。
9. 前記受信された信号が同一チャンネル干渉により汚染されやすいテレビジョン信号であり、
   前記フィルタがＮＴＳＣビデオ搬送波および色搬送波の周波数において著しい減衰を与える、請求項１に記載のビデオ信号処理装置。
10. 前記等化器は、前記入力処理回路からの信号に応答するフィードフォワード等化器であり、
    前記搬送波再生回路が、
    （ａ）前記フィードフォワード等化器からの出力信号に応答する回転器と、
    （ｂ）前記回転器からの出力信号を濾波して、ベースバンドビデオ搬送波および色搬送波周波数のうち少なくとも１つを著しく減衰させるフィルタと、
    （ｃ）前記フィルタからの出力信号に応答するスライサと、
    （ｄ）前記スライサに結合されて位相誤差信号を発生する誤差検出器と、
    （ｅ）前記スライサからの出力信号に応答する入力、および前記回転器に結合された出力を有する位相制御回路とを含む搬送波再生制御ループから成る、請求項１に記載のビデオ信号処理装置。
11. 前記スライサからの出力信号に応答する信号入力、前記誤差信号に応答する制御入力、および前記スライサの入力に結合された出力を有する帰還等化器を更に含んでおり、且つ前記フィードフォワード等化器が前記誤差信号にも応答する、請求項１０に記載のビデオ信号処理装置。
12. 前記受信されたテレビジョン信号がパルス振幅変調（ＰＡＭ）信号である、請求項１０に記載のビデオ信号処理装置。
13. ディジタル・ビデオ情報を表し且つ特定の変調帯域幅を有するＱＡＭ変調信号を受信するように前記入力処理回路が構成され、前記規定された周波数が前記特定の変調帯域幅内にある、請求項１に記載のビデオ信号処理装置。
14. ディジタル・ビデオ情報を表し且つ特定の変調帯域幅を有するＱＡＭ変調信号を受信するように前記入力処理回路が構成され、前記特定の変調帯域幅は低周波側で第１のフィルタのスロープで囲まれ、高周波側で第２のフィルタのスロープで囲まれ、前記規定された周波数が前記特定の変調帯域幅内にあり且つ前記第１および第２のフィルタのスロープからはずれている、請求項１に記載のビデオ信号処理装置。

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